工程熱力學(xué)試題答案

1、工程熱力學(xué)（A卷）（閉卷，150分鐘）班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào) 成績 一、簡答題(每小題5分，共40分)1. 什么是熱力過程？可逆過程的主要特征是什么？答：熱力系統(tǒng)從一個(gè)平衡態(tài)到另一個(gè)平衡態(tài)，稱為熱力過程?？赡孢^程的主要特征是驅(qū)動(dòng)過程進(jìn)行的勢差無限小，即準(zhǔn)靜過程，且無耗散。2. 溫度為500°C的熱源向熱機(jī)工質(zhì)放出500 kJ的熱量，設(shè)環(huán)境溫度為30°C，試問這部分熱量的火用（yong）值（最大可用能）為多少？答： 303.95kJ3. 兩個(gè)不同溫度（T1,T2）的恒溫?zé)嵩撮g工作的可逆熱機(jī)，從高溫?zé)嵩碩1吸收熱量Q1向低溫?zé)嵩碩2放出熱量Q2，證明：由高溫?zé)嵩?、低溫?zé)嵩?、熱機(jī)和功源

2、四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的孤立系統(tǒng)熵增 。假設(shè)功源的熵變SW =0。證明：四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的孤立系統(tǒng)熵增為（1分）對(duì)熱機(jī)循環(huán)子系統(tǒng)： 1分 1分根據(jù)卡諾定理及推論：1分則： 。1分B隔板A自由膨脹4. 剛性絕熱容器中間用隔板分為兩部分，A中存有高壓空氣，B中保持真空，如右圖所示。若將隔板抽去，試分析容器中空氣的狀態(tài)參數(shù)（T、P、u、s、v）如何變化，并簡述為什么。答：u、T不變，P減小，v增大，s增大。5. 試由開口系能量方程一般表達(dá)式出發(fā)，證明絕熱節(jié)流過程中，節(jié)流前后工質(zhì)的焓值不變。（絕熱節(jié)流過程可看作穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，宏觀動(dòng)能和重力位能的變化可忽略不計(jì)） 答：開口系一般能量方程表達(dá)式為絕熱節(jié)流過程是穩(wěn)態(tài)穩(wěn)

3、流過程，因此有如下簡化條件，則上式可以簡化為：根據(jù)質(zhì)量守恒，有代入能量方程，有 6. 什么是理想混合氣體中某組元的分壓力？試按分壓力給出第i組元的狀態(tài)方程。答：在混合氣體的溫度之下，當(dāng)i組元單獨(dú)占有整個(gè)混合氣體的容積（中容積）時(shí)對(duì)容器壁面所形成的壓力，稱為該組元的分壓力；若表為Pi，則該組元的狀態(tài)方程可寫成：PiV = miRiT 。7. 高、低溫?zé)嵩吹臏夭钣?，卡諾制冷機(jī)的制冷系數(shù)是否就愈大，愈有利？試證明你的結(jié)論。答：否，溫差愈大，卡諾制冷機(jī)的制冷系數(shù)愈小，耗功越大。（2分）證明：，當(dāng)不變，時(shí)，、。即在同樣下(說明得到的收益相同)，溫差愈大，需耗費(fèi)更多的外界有用功量，制冷系數(shù)下降。（3分）

4、8. 一個(gè)控制質(zhì)量由初始狀態(tài)A分別經(jīng)可逆與不可逆等溫吸熱過程到達(dá)狀態(tài)B，若兩過程中熱源溫度均為。試證明系統(tǒng)在可逆過程中吸收的熱量多，對(duì)外做出的膨脹功也大。答：經(jīng)歷可逆或不可逆定溫過程后，按題給兩種情況下過程的初、終狀態(tài)相同，因而系統(tǒng)的熵變相同。由系統(tǒng)的熵方程，對(duì)于可逆過程其熵產(chǎn)為零，故熱熵流將大于不可逆過程?？梢?，可逆過程的熱量將大于不可逆過程；（3分）由熱力學(xué)第一定律，因過程的初、終狀態(tài)相同，熱力學(xué)能變化Du相同，故可逆與不可逆兩種情況相比，可逆過程的過程功亦較大。（2分）二、作圖題：（每小題5分，共10分）1. 試在所給參數(shù)坐標(biāo)圖上定性地畫出理想氣體過點(diǎn)1的下述過程，分別指出該過程的過程指

5、數(shù)n應(yīng)當(dāng)在什么數(shù)值范圍內(nèi) (圖中請(qǐng)標(biāo)明四個(gè)基本過程線)：1）壓縮、升溫、吸熱的過程2）膨脹、降溫、吸熱的過程。答： (1) ； (2) 評(píng)分：四條基本線（2分）兩條曲線（2分）n取值（1分）2. 如圖所示Ts圖上理想氣體任意可逆過程12的熱量如何表示？熱力學(xué)能變化量、焓變化量如何表示？若過程12是不可逆的，上述各量是否相同？(請(qǐng)寫出簡明的作圖方法。)答：對(duì)可逆過程，熱量為面積1-m-k-2-1，熱力學(xué)能變化量為面積1-m-n-2v-1，焓變化量為1-m-g-2p-1。對(duì)不可逆過程，熱量無法表示，熱力學(xué)能和焓變化量相同三、計(jì)算題：（共50分）1. 壓氣機(jī)在95 kPa、25 的狀態(tài)下穩(wěn)定地以34

6、0 m3/min的容積流率吸入空氣，進(jìn)口處的空氣流速可以忽略不計(jì)；壓氣機(jī)排口處的截面積為0.025 m2，排出的壓縮空氣的參數(shù)為200 kPa、120 。壓氣機(jī)的散熱量為60 kJ/min。已知空氣的氣體常數(shù)Rg=0.287 kJ/(kg.K)，比定熱容cV=0.717 kJ/(kg.K)，求壓氣機(jī)所消耗的功率。（16分）解：以壓氣機(jī)中空氣為研究對(duì)象，其穩(wěn)定工況的能量方程為即 （a）其中： 將以上數(shù)據(jù)代入式（a），可得壓氣機(jī)所消耗的功率為：N28 kg0.1 MPa17 N22 kg0.07MPa672. 在高溫環(huán)境中有一容器，A側(cè)裝有2 kg氮?dú)?，壓力?.07 MPa，溫度為67； B側(cè)裝

7、有8 kg氮?dú)?，壓力?.1 MPa，溫度為17，。A和B的壁面均為透熱壁面，它們之間用管道和閥門相連，見附圖?，F(xiàn)打開閥門，氮?dú)庥葿流向A。氮?dú)饪梢暈槔硐霘怏w，已知?dú)怏w常數(shù)Rg,N2 = 297 J/(kg·K)，過程中的平均定容比熱容cv = 0.742 kJ/( kg·K)，若壓力平衡時(shí)容器中氣體溫度為t2 = 40，試求：平衡時(shí)終壓力P2；吸熱量Q ；氣體的熵變。（18分）解：容器A和B的容積分別為（4分）取A+B中的氣體為系統(tǒng)（CM），m = mA + mB = 2 +8 =10 kgV = VA + VB = 2.8851 + 6.8904 = 9.7755 m3（2分）終態(tài)時(shí)的氣體壓力（2分）按題給，系統(tǒng)不對(duì)外作功，有（5分）原在A中的氮?dú)忪刈儯?分）原在B中的氮?dú)忪刈儯?分）全部氮?dú)獾撵刈儯?分）3. 將100 kg 溫度為30 的水與200 kg溫度為80 的水在